Titrage et estérification : un exercice de chimie organique quantitative

Cet exercice de 4 points du bac S Inde (Pondichéry) 2010 suit l'acide méthanoïque depuis la solution commerciale jusqu'à la synthèse d'un ester à odeur fruitée. La première partie travaille la concentration et la dilution, la seconde l'estérification, son suivi par titrage et son équilibre. Il mobilise des compétences très attendues : pourcentage massique, verrerie de précision, tableau d'avancement, taux d'avancement final et constante d'équilibre.

Partie I : concentration de la solution commerciale et dilution

En 1.1, on part d'un volume V de solution : sa masse vaut d ρ_eau V, et seuls 82 % de cette masse sont de l'acide. On obtient C₀ = P d ρ_eau / (100 M) = 21 mol·L⁻¹. Le piège est d'oublier le pourcentage massique ou de confondre densité et masse volumique. La question 1.2 demande un facteur de dilution F = C₀/C = 100 : il faut prélever 10,0 mL à la pipette jaugée et compléter à 1,00 L en fiole jaugée. Un mode opératoire complet cite aussi les précautions, car la solution mère est très concentrée. En 1.3, l'acide méthanoïque réagit avec l'éthanol pour former le méthanoate d'éthyle et de l'eau, dont on dessine la formule développée avec toutes les liaisons.

Partie II : titrage de l'acide restant

Après une heure de chauffage à reflux, on titre les acides restants par la soude. La réaction de titrage, HCO₂H + HO⁻ → HCO₂⁻ + H₂O, est totale et rapide. Le point délicat de la question 2.2 est l'acide sulfurique : catalyseur, il n'est pas consommé et se titre en même temps. On retranche donc le volume du titrage préalable : V_B3 = 18,7 − 3,7 = 15,0 mL. La question 2.3 en déduit n(A) = C_B V_B3 = 2,4 × 10⁻² mol.

Avancement, taux d'avancement et équilibre

Le tableau d'avancement donne x_f = 0,200 − 0,024 = 0,176 mol en 2.4. L'acide est le réactif limitant, donc x_max = 0,200 mol et τ = 0,88 en 2.5. La question 2.6 compare ce résultat à la valeur 0,67 d'un mélange équimolaire : l'éthanol étant en excès, l'équilibre est déplacé dans le sens direct. Le chauffage et le catalyseur, eux, ne modifient pas l'état final. Enfin, en 2.7, l'eau n'est pas le solvant et figure dans la constante d'équilibre ; le volume se simplifie et l'on trouve K = 4,0, la valeur habituelle pour un acide carboxylique et un alcool primaire.

Conseils pour réussir

Rédigez la justification de la verrerie, identifiez toujours ce qui est titré en même temps que l'espèce cherchée, et calculez x_max à partir du réactif limitant. Pour K, écrivez d'abord le quotient en concentrations avant de passer aux quantités de matière.